太岳矿抽采工艺方案设计(定稿

1、山西汾西太岳煤业公司太岳煤矿瓦斯抽采达标工艺方案设计 矿 长: 总工程师: 通防副总: 审 核: 编 制 人: 编制单位: 山西汾西太岳煤矿 编制时间: 2012年4月山西汾西太岳煤矿瓦斯抽采达标工艺方案设计一、 矿井概括 山西汾西太岳煤业股份有限公司太岳煤矿位于山西省沁源县西部，沁水煤田的西部边缘地段，东距沁源县城约33km。行政区划隶属沁源县西部的柏子镇、李元乡、中峪乡、古县北平镇，其地理坐标为北纬362742363306，东经11209311121453。矿井设计生产能力1.5Mt/a, 井田开拓方式为斜井开拓, 矿井服务年限38.87a。1、 井田范围和资源储量 （1）井田范围 矿井井

2、田面积37.414 km2, 批准开采二叠纪山西组的1#、2#煤层，其中1#煤层属较稳定的局部可采煤层，2号煤层属全井田稳定可采的中厚煤层。(2) 资源储量太岳煤矿矿井工业资源总储量114.19 Mt, 其中1#煤层3.94 Mt,2#煤层104.38 Mt。2、 煤层赋存情况 井田内1#煤层位于山西组上部，上距K8砂岩5.7012.83m，平均9.66m，下距2#煤层8.3422.92m，平均16.88m。煤层厚度01.23m,平均0.57m，属不稳定局部可采煤层。2#煤层位于山西组中下部，上距1#煤层8.3422.92m，平均16.88m，煤层厚度1.713.00m,平均厚度2.20m。井

3、田内可采煤层特征见下表。 表1.1 可采煤层特征表 含煤地层煤层号厚度(m)层间距(m)层位稳定性煤层厚度稳定性煤层可采性最小最大最小最大稳定系数%稳定性变异系数Cr%结构稳定性可采系数可采性平均平均P1s10-1.230.578.34-22.9216.8888较稳定56简单不稳定0.24局部可采21.71-3.002.20100稳定23较简单稳定1.00全区可采3、 地质构造情况 根据井田地表出露情况和钻孔及矿井揭露资料，井田构造总体为一走向北东、倾向南东的单斜，并伴有宽缓的褶曲，无断裂构造，无岩浆岩体侵入，局部小的陷落柱发育，井田构造属简单类(类)。4、 矿井开拓与开采 矿井开拓方式为斜井

4、开拓。根据太原明仕达设计有限公司所做的矿井初步设计，矿井前期在矿井工业场地内开拓布置主斜井、副斜井和中央回风立井等三个井筒，三个井筒的功能分别为：主斜井安装胶带运输机和架空乘人装置作为主要运输和行人井筒；副斜井安装提升绞车作为辅助运输井筒，回风立井是专用回风井。采区开拓布置为：在井底车场东、西两侧分别布置轨道、胶带、回风等三条上、下山，开拓布置一、二采区。首采工作面2103工作面和预抽工作面2201工作面已经形成,并已完成全套综采设备的安装。矿井设计的采煤方法为走向长壁全部垮落法综合机械化采煤。5、 矿井通风方式、瓦斯、煤尘和煤的自燃倾向性 矿井通风方式为中央并列式，主、副斜井进风，回风立井回

5、风。矿井主通风机型号为 FBCDZ-8-NO28(B) 型，其技术参数为: 转速 n=740r/min, 风量范围108245m3/s, 风压范围 45001250Pa。回采工作面的通风方式为“两进一回”“U+L”型通风方式。设计的矿井总供风量为140m3/s, 其中，回采工作面2*30m3/s, 掘进工作面3*8.5m3/s, 准备工作面12m3/s, 其他42.5m3/s。 经鉴定，太岳煤矿矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井（见附表一：近三年矿井瓦斯等级鉴定情况表）。所采1#、2#煤层煤尘均具有爆炸性，煤的自燃倾向性等级划分为 类，属不易自燃煤层。 表1.2 近三年矿井瓦斯等级鉴定情况表年度绝对瓦斯

6、涌出量 m3/min 相对瓦斯涌出量m3/tCO2绝对涌出量m3/minCO2相对涌出量m3/t鉴定等级批复文号20091.67_1.26_高晋煤瓦发(2010)74620105.15_3.09_高晋煤瓦发（2011）259201121251173218高晋煤瓦发(2011)16366、太岳煤矿煤层瓦斯基础参数测定及涌出量预测研究结果 根据沈阳煤科院为太岳煤矿所编制的煤层瓦斯基础参数测定及涌出量预测研究报告,太岳煤矿2#煤层瓦斯基础参数和瓦斯涌出量分别如下。 （1）2#煤层瓦斯基础参数测定值 煤层瓦斯含量 4.01m3/t6.75m3/t 煤层瓦斯残存量 0.81m3/t2.47m3/t 瓦斯

7、含量梯度 0.80m3/t *100m 煤层原始瓦斯压力 0.08MPa0.10MPa 煤的真密度 1.39t/m31.41t/m3 煤的视密度 1.34t/m31.36t/m3 煤的孔隙率 3.58%3.60% 煤的灰分 5.72%6.02% 煤的水分 0.52%0.59% 煤的挥发分 15.77%16.11% 煤的瓦斯吸附常数 a=26.315m3/t26.401m3/t b=1.19MPa-11.22MPa-1 煤层透气数 =1.96m2/MPa2*d3.28m2/MPa2*d 钻孔瓦斯流量衰减系数 =0.0471d-10.0481d-1（2）回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量

8、的预测结果表1.3 回采工作面瓦斯涌出量预测结果回采工作面煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)日产量(t/d)瓦斯涌出量生产采区开采层(m3/t)邻近层(m3/t)合计(m3/t)(m3/min)一采区回采工作面2.24.5242952.52 0.993.5110.47二采区回采工作面2.26.9242955.04 1.987.0220.94表1.4 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果生产采区掘进工作面煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)巷长(m)掘进速度(m/mon)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁落煤合计一采区掘进工作面2.24.5215634501.070.411.48二采区掘进工作面2.26.921563

9、4501.641.172.81表1.5 采区瓦斯涌出量预测结果生产采区平均产量(t/d)采区瓦斯涌出量回采(m3/min)掘进(m3/min)采空区(m3/min)合 计(m3/t)(m3/min)一采区4545.510.474.444.476.1419.38二采区4545.520.948.438.8112.0938.18表1.6 矿井瓦斯涌出量预测结果矿井生产时期平均产量(t/d)采区瓦斯涌出量回采(m3/min)掘进(m3/min)采空区(m3/min)合 计(m3/t)(m3/min)一采区4545.510.474.447.387.0622.29二采区4545.520.948.4316.

10、4314.5145.80二、瓦斯抽采达标目标1、 矿井瓦斯抽放率达标目标 根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定中第30条的规定及煤矿瓦斯抽采基本指标中4.4条的规定要求，矿井绝对瓦斯涌出量为40m3/min80m3/min，矿井瓦斯抽采率40%时，判定矿井瓦斯抽采率达标。而我矿的预测的矿井瓦斯绝对涌出量为45.8m3/min， 且根据太岳煤矿瓦斯抽放工程初步设计设计： 太岳煤矿的矿井瓦斯抽放率不小于43%、回采工作面的瓦斯抽放率不小于52%, 因此，我矿的矿井瓦斯抽放率必须达到43%以上,回采工作面的瓦斯抽放率必须达到52%以上。2、 回采、掘进工作面达标目标 （1） 根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定中第

11、27条第（二）款的规定，对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面，在工作面日产量在40016000吨时，评价范围内煤的可解吸瓦斯含量5.5m3/t时判定采煤工作面在评价范围内瓦斯抽采效果达标。我矿瓦斯涌出量预测本煤层瓦斯涌出量占回采工作面涌出总量的72%， 初步设计中设计的工作面日产达4295t时达到矿井设计生产能力，因此我矿的回采工作面吨煤可解吸瓦斯含量必须降至5.5 m3以下。 （2）根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定中第29条的规定，采掘工作面同时满足风速不超过4m/s、回风流中瓦斯浓度低于1%时， 判断采掘工作面瓦斯抽采效果达标。按我矿矿井瓦斯抽放设计，掘进工作面供风量为10m3/s，掘进工

12、作面可仅以风排保证瓦斯不超限。因此，在上述规定的合理配风情况下，必须保证采掘工作面回风流中瓦斯不超限，可判断瓦斯抽采达标。四、抽采达标工艺方案1、抽放方法 选择抽放瓦斯的方法时应遵循如下的原则：（1）选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；（2）抽放方法的选取应根据瓦斯来源及涌出构成进行，应尽可能采用综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；（3）选择的抽放瓦斯方法应有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道的结合；（4）选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道的布置与维护；（5）选择的瓦斯抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果，降低抽放成本；（6）选择的瓦斯抽放方法应有

13、利于钻场、钻孔的施工、抽放系统管网敷设，有利于增加抽放钻孔的瓦斯抽放时间。根据对本矿采、掘工作面瓦斯涌出量的预测和对工作面瓦斯来源、涌出构成的分析，结合本矿开拓开采技术条件，可以采用的抽放瓦斯方法有：本煤层瓦斯抽放；邻近层瓦斯抽放；采空区瓦斯抽放；本煤层、邻近层和采空区综合瓦斯抽放。按照本矿2号煤回采工作面的设计产量、瓦斯涌出量、通风能力以及目前的瓦斯抽放水平，本矿为达到设计的产量，回采工作面采取本煤层、邻近层和采空区同时抽放的综合瓦斯抽放方法，否则难以达到设计的生产能力。（1）本煤层瓦斯抽放回采工作面采用未卸压抽放（预抽）和边采边抽方法。利用回采工作面轨道顺槽向煤层打迎面斜交和平行于工作面的

14、钻孔预抽瓦斯。该预抽钻孔还可随着回采工作面的推进前方煤体产生的卸压作用，实施边采边抽煤层瓦斯，从而提高瓦斯抽放率，减少开采层的瓦斯涌出量。 A、钻孔布置回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔在轨道巷沿煤层走向每隔4.5米布置一个。图4-1 本煤层斜交钻孔和平行工作面钻孔预抽瓦斯示意图 钻孔布置方式：本煤层不设钻场，钻孔沿煤层迎面斜交(与顺槽成45)和垂直于工作面顺槽布置，见图1；钻孔施工参数见表1。表1 本煤层钻孔施工参数表 施工地点开孔距顶板（ (m）倾 角（0）偏 角（0） 孔 深（m） 轨道顺槽1.21.5+60120轨道顺槽1.21.5 +345120钻孔直径：钻孔直径大，暴露煤壁面积大，瓦斯涌

15、出量就大，但二者增长并非线性关系，一般选用75100mm，设计选用钻孔直径89mm。钻孔长度：初步设计为120m。如打长钻孔有困难时，可分别从工作面的轨道巷、胶带巷双向布置钻孔，以提高工作面的抽放量。钻孔有效抽放时间本矿2号煤层瓦斯自然涌出量的测定结果表明：百米钻孔初始瓦斯涌出量为3.93566.3869（10-3m3/min100m），钻孔瓦斯流量衰减系数为0.04710.0481d-1。从而，百米钻孔在不同时间t内可抽放的瓦斯总量（Qt）和钻孔抽放有效系数（K）按下式计算：式中：Qt百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量, m3； q0百米钻孔初始瓦斯涌出量，m3/min100m； 钻孔瓦斯流量衰

16、减系数，d-1t 抽放时间, d；K钻孔抽放有效系数，%。计算结果列于表2中。表2 不同排放时间内百米钻孔排放瓦斯总量 排放时间(d)6090排放瓦斯总量Qt(m3)143.81192.54195.27钻孔抽放有效系数K（%）9098100由表中可以看出，当排放时间为60天时，排放总量已经达到极限排放量的90%；本着尽量减小钻孔工程量又要保证抽放效果的原则，设计钻孔预抽时间为60天，但要注意采取防火措施。钻孔抽放影响范围暂定为4.5m。抽放负压。钻孔抽放负压一般为20KPa (泵的负压能满足要求)。B、封孔方式、材料及封孔工艺（1）封孔方式：聚氨酯封孔。（2）封孔材料：聚氨酯、1.5寸抽放管。

17、（3）封孔工艺：该法孔内抽放管的结构如图2所示。孔内抽放预埋管选用直径1.5寸的聚乙烯纳米管，长度68m，封孔段长度为3m，即从2m开始封至5m。 操作程序为先称量出封一个钻孔的甲、乙组分药液，分别装入两个容器，再将药液同时倒入混合桶，立即用棒快速搅拌均匀，当药液由黄褐色稍变为乳白色时，停止搅拌，将药液倒入预先固定在抽放埋管上的彩条布袋中，边倒药液边向孔内插入抽放管，最后把捆扎好药液的彩条布及抽放埋管迅速插入钻孔，孔口外露30-50mm，大约5min后药液开始发泡膨胀，20min停止发泡，逐渐硬化固结。为了避免抽放管内因碰撞晃动而影响封孔质量，降低抽放效果，尚需用水泥砂浆将孔口抽放管固定牢固或

18、用木楔塞紧，固定长度0.51.0m。 图4- 2 封孔示意图 C、钻机及钻具钻孔施工采用ZDY-1200S型坑道钻机，配套钻杆选用63.5mm，每节长度1m的麻花钻探钻杆，钻头选用89mm三翼钻头或煤岩两用钻头。打钻施工采用风水混合排渣降尘。 （2）采空区瓦斯抽放本矿开采2号煤层，采空区存在大量的瓦斯将在通风负压的作用下向回采工作面涌出，这样势必造成回采工作面及回风隅角的瓦斯超限，应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。同时由于2号煤顶板垮落，裂隙增加，这样就为瓦斯流动提供了良好的条件，在煤层瓦斯压力的作用下，上邻近层1号煤层的瓦斯通过层间裂隙向2号煤层回采空间释放。同时2号煤层的开采对3号煤层起到

19、了卸压的作用，使3号煤层中的瓦斯涌向2号煤层的回采空间，利用采空区瓦斯抽放抽出随着工作面的推进，卸压范围的扩大而不断涌向采空区的邻近层瓦斯。根据回采工作面采空区瓦斯涌出量、通风能力以及工程量等，经分析考虑，设计采用埋管或插管的瓦斯抽放方法抽放半封闭采空区瓦斯。 （1）插管抽放采空区瓦斯方法上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅照成瓦斯积聚，根据采掘设计回风巷和轨道巷每隔50米有一联络贯，在联络贯中设计低负压瓦斯抽放管路用于抽放上隅角的瓦斯，上隅角插管瓦斯抽放是制造一个负压区，让周围瓦斯向负压区流动，然后

20、通过抽放管路，抽出工作面的瓦斯，回风巷中的瓦斯管路通过阀门控制上隅角的瓦斯流量，在联络贯中设立管，立管上打眼并立管上口开放，联络贯和采空区设木垛，防止矸石砸坏管路，为了抽放效果更好，立管距采空区不能大于3,0m，这样还可以通过联络贯抽后面采空区的瓦斯。图4-3 采空区抽放示意图全封闭采空区是指工作面(或采区、矿井)已采完封闭的采空区，也称老采空区。老采空区虽与矿井通风网络隔绝，但采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯，它仍有可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出，从而增加矿井通风的负担和不安全因素。全封闭采空区瓦斯抽放有以下几种不同的方式：报废矿井瓦斯抽放、开采已久的老采空区瓦斯抽放、采完不久的采

21、空区瓦斯抽放和地面钻孔抽放等。设计采用密闭巷道法抽放已采完封闭的采空区瓦斯。该方法是首先在巷道中打密闭，然后将管子插入采空区直接抽放采空区瓦斯。密闭打在工作面回风顺槽横贯内，厚度3m以上。为了保证密闭的严密，煤壁和顶、底板的挖槽深度要大于0.3m。密闭两壁用砖（或料石）砌筑，厚度不小于0.4m，两层砖（或料石）墙间要充填黄土，并夯实。瓦斯抽放管插进10m左右。如图5所示。 图4 全封闭采空区密闭瓦斯抽放示意图（3）邻近层及高位抽放瓦斯方法利用回采工作面回风巷向邻近层（1号煤层）和回风隅角（老塘顶板裂隙带）打迎面斜交的钻孔抽放瓦斯。该钻孔可随着回采工作面的推进采空区顶板的冒落和卸压裂隙作用，实施

22、边采边抽采空区内的瓦斯，从而提高瓦斯抽放率，减少采空区的瓦斯涌出量。A、钻孔布置钻孔布置方式：在联络巷设钻场，且在工作面回风巷每隔5米布置1个钻孔，钻孔沿采空区迎面斜交(与顺槽成45)。钻场钻孔布置见图5；钻孔施工参数见表3。图4-5 回采工作面临近层瓦斯抽放钻孔布置图表3 邻近层及高位抽放钻孔参数表编号倾角偏角开孔距顶板距离m孔深m煤层距终孔距离m145451.23121245501.23422.8342601.23823.8440701.24124.8538801.24324.8645450.63121745500.63422.8842600.63823.8940700.64124.810

23、38800.64324.8表4 两个联络贯之间的钻孔参数表 施工地点开孔距顶板（m）倾 角（0）偏 角（0） 孔 深（m） 工作面回风巷0.51.0+264550钻孔直径：钻孔直径75mm，钻孔长度：邻近层初步设计为50m。可根据钻孔抽放效果可进行相应钻孔参数的调整。为了使临近层中的瓦斯不涌向采空区，同时采空区的一部分瓦斯在采动的影响下通过临近层钻孔抽走，减少工作面的瓦斯，利用现有的联络贯做钻场，在回风巷中打钻孔。3、管网工程矿井瓦斯抽采管路布置如下：地面永久抽放泵站回风立井北总回风巷采区回风巷工作面回风顺槽A、高负压系统管路地面500*7 mm 无缝钢管，回风立井500*29.7mm 聚乙烯管，总回风大巷及采区回风巷 400*23.7mm 聚乙烯管，回采工作面轨道顺槽或回风顺槽 325*18.7mm 聚乙烯管B、低负压系统管路:地面 630*9 mm 无缝钢管，回风立井及总回风大巷、采区回风巷 630*37.4mm 聚乙烯管，回采工作面回风顺槽或轨道顺槽 325*18.7mm 聚乙烯管。5、施工设备和器材井下钻孔施工主要使用ZDY-1200型钻机，管道参数测量主要使用孔板人工检测及WGC（瓦斯管道参数测量仪）配合均速管进行管道参数测量。五、计划进度